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借鏡火星電離層觀測結果 解決地球大氣電漿如何干擾無線電通訊

(首圖來源:NASA)
(首圖來源:NASA)

【文‧Emma stein】

電台出現雜訊或被其他電台訊號覆蓋,一個可能的原因是大氣電離層中的電漿干擾。現在科學家正在透過研究火星電離層,試圖理解地球大氣中的濃縮電漿雲如何干擾無線電通訊。

從地面往上數,地球大氣層可分為對流層、同溫層、中氣層、熱成層(包含電離層和外逸層)以及最外圍的磁層;電離層離地 100~150 公里,又可細分為 D 層、E 層、E S 層、F 層,其中 E S 層自 80 年前發現以來,一直讓科學家備感困惑。

E S 層(sporadic E layers)又稱偶現 E 層,是小而強烈電離的雲(電漿),可以反射頻率介於 25~225MHz 間的電波,形成後約持續數分鐘到數小時不等。

如果你有聽廣播電台的習慣,發現平常訊號很穩定的電台忽然出現雜訊、甚至被其他頻道覆蓋,一個可能原因即 E S 層忽然形成,其作用就像平鋪在天空的巨型鏡子反射無線電訊號,使之在地面反彈從而造成更多電磁干擾(radio interference);這些高濃度電漿雲也可能干擾飛機用的無線電通訊、遮蔽軍用雷達。

只不過電離層的高度有點尷尬,對飛機來說難以企及,對衛星來說又過低難以分析,次軌道火箭雖然能在 E S 層中飛行獲取數據,然而 E S 層只是短暫現象,想碰到還需要點運氣。

所幸火星也有電離層,而最近 NASA 戈達德太空飛行中心團隊得到 MAVEN 火星探測器最新測量結果,驚訝發現電離層內出現電漿峰值,研究人員立刻意識到,火星電離層中也有 E S 層的存在;更令科學家驚喜的是,火星 E S 層持續時間更持久。

顯然,比起在地球上發射次軌道火箭去研究沒有頭緒的 E S 層,讓環繞火星的 MAVEN 探測器去研究火星E S 層,更加合適也更方便,探索火星除了能讓科學家建立該星球更詳盡的模型外,也能順便幫助探討地球懸而未決的大氣謎團。

新論文發表在《自然天文學》(Nature Astronomy)期刊。

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